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范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
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文献类型

72 篇 学位论文
21 篇 期刊文献
5 篇 会议

馆藏范围

98 篇 电子文献
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日期分布

学科分类号

80 篇 理学
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- 11 篇 化学
51 篇 工学
- 31 篇 材料科学与工程（可...
- 20 篇 电子科学与技术（可...
- 14 篇 化学工程与技术
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主题

98 篇 非平衡格林函数方...
40 篇 密度泛函理论
15 篇 第一性原理
10 篇 分子器件
9 篇 电子输运
7 篇 输运性质
6 篇 分子开关
5 篇 电流-电压特性
5 篇 分子电子学
4 篇 分子整流器件
4 篇 负微分电阻
4 篇 自旋过滤
4 篇 分子整流
4 篇 石墨烯纳米带
3 篇 分子二极管
3 篇 自旋过滤效应
3 篇 整流
3 篇 平衡电导
3 篇 andreev反射
3 篇 自旋塞贝克效应

机构

25 篇 山东师范大学
8 篇 山东大学
7 篇 湖南大学
5 篇 山西大同大学
4 篇 华中科技大学
4 篇 西安交通大学
4 篇 湘潭大学
3 篇 江西师范大学
3 篇 长沙理工大学
3 篇 西安工程大学
3 篇 杭州电子科技大学
2 篇 福建师范大学
2 篇 西安邮电大学
2 篇 上海师范大学
2 篇 南京大学
2 篇 哈尔滨工业大学
2 篇 山西大学
2 篇 中南大学
2 篇 湖南师范大学
1 篇 河北大学

作者

6 篇 张广平
5 篇 王丽华
4 篇 王传奎
4 篇 夏蔡娟
4 篇 丁秉钧
3 篇 胡贵超
3 篇 魏明志
2 篇 王善
2 篇 苏文霞
2 篇 陈志高
2 篇 苗瑞霞
2 篇 邵奇
2 篇 王子群
2 篇 邓小清
2 篇 孙峰
2 篇 房常峰
2 篇 卜习习
2 篇 郭三栋
2 篇 叶海安
1 篇 董瑞新

语言

98 篇 中文

检索条件"主题词=非平衡格林函数方法"

共 98 条记录，以下是31-40 订阅

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详细简洁

排序：

基于单分子异质结的设计与整流调控理论研究

基于单分子异质结的设计与整流调控理论研究

引用

作者：孙峰山东师范大学

学位级别：硕士

随着单分子控制技术和微观体系电输运理论的不断完善与发展,分子尺度器件的设计与研究已成为各国追求科技制高点的重要研究课题。单分子P-N结的设计思想最初是由Aviram和Ratner于1974年从理论上提出来的,由于受到实验技术的限制,这一课... 详细信息

随着单分子控制技术和微观体系电输运理论的不断完善与发展,分子尺度器件的设计与研究已成为各国追求科技制高点的重要研究课题。单分子P-N结的设计思想最初是由Aviram和Ratner于1974年从理论上提出来的,由于受到实验技术的限制,这一课题直到近二十年才再次引起研究者的关注。为了使分子整流器件走向应用,从最基本的物理角度全面深入地理解分子整流器件工作机理具有十分重要的意义,特别是分析清楚影响其整流性能的关键因素,例如分子与电极间的界面构型、分子与电极之间的耦合、分子前线轨道与电极费米能级之间的相对位置等,为进一步设计具有理想整流性质的分子整流器件提供新思路。由于存在着许多影响分子器件整流性质的不同因素,为了更好的理解分子整流器件的整流机理,设计出具有理想整流性质的分子整流器件,论文系统研究了含有侧枝门控基团的三苯二嘧啶分子（Pyridinoparacyclophane,PPC）的整流性质。通过改变侧枝中的官能团以及电极与分子的连接界面,研究了电负性不同的侧枝门控基团和不同电极界面构型对PPC分子整流的影响,分析了影响其整流的内在机理。研究不仅发现了电极界面的改变可以引起显著的整流翻转现象,而且还将电极偏压引入门控侧基实现体系整流比的大幅度提升。一般认为,分子的前线轨道的能级位置与空间分布是影响分子器件电输运性质的重要因素,因此通过侧枝门控基团可有效调控分子前线轨道并进而影响分子器件的电输运性质,然而实验上发现,对于含有侧枝门控基团的三苯二嘧啶分子,更换电负性不同的侧基后,并没有给其整流性质带来非常明显地变化。为了理解不同侧基影响PPC分子整流性质的内在机制和其作用原理,基于密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）和非平衡格林函数方法（Non-Equilibrium Green’s Function,NEGF）计算显示,体系最低未占据轨道（The Lowest Unoccupied Molecular Orbital,LUMO）随偏压的不对称演化是体系产生整流现象的原因。但是侧基的变化对前线轨道在透射谱中透射峰的宽度和高度总体影响较小。侧基的变化会带来前线轨道空间分布的变化,但是实验中侧基对于PPC分子主链的影响是通过侧枝连接体间接影响的,所以对分子主链的前线轨道空间分布的影响较小,导致分子主链主导的体系电荷输运及其整流性质变化较小。虽然侧基的变化对前线轨道空间分布进而对体系整流性质的影响较小,但侧基的存在为电极干扰提供了便利条件。为此我们研究了电极突起与PPC分子侧枝连接所带来的门控作用对体系电输运与整流特性的影响。基于DFT和NEGF方法计算研究了8种电极接触构型对PPCNMe2分子整流性质的影响。结果显示,当体系靠近嘧啶环的一端与金字塔形电极的尖端相连接时,体系在负偏压下部分前线轨道进入偏压窗,虽然波函数分布局域在嘧啶环一端,但其对输运产生的贡献仍然导致负偏压下的电流强度在低偏压下快速增强,并进一步引起体系在低偏压下产生非常显著的整流翻转现象。当-NMe2侧基与电极突起有直接作用,正偏压下LUMO和LUMO+1被压低而进入偏压窗,使得正偏压下的电输运能力显著提高。然而负偏压下电极对前线轨道影响不大,因此实现了体系整流比约6倍的大幅度提升。这现象表明通过侧基引入电极作用,是调控分子器件整流比的一种有效的新方法。论文内容分为五章:第一章对分子电子学的产生及发展现状进行了综述,并系统地介绍了单分子整流器件的发展历程;第二章简述了在计算分子体系电荷输运时所需要的理论方法;第三章研究了侧枝官能团对含有侧枝门控基团的三苯二嘧啶分子结的整流调控;第四章讨论了电极界面接触构型及电极突起对单分子结整流特性的影响;第五章对所做工作及其创新点和不足进行了总结,并对所做工作做出展望。

关键词：单分子器件分子整流器件密度泛函理论非平衡格林函数方法

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半导体量子点/超导体异质结构中的Andreev反射及Josephson效应

半导体量子点/超导体异质结构中的Andreev反射及Josephson效应

引用

作者：王晓琦东北大学

学位级别：博士

量子点是一种准零维的介观结构,在其中的载流子受到量子限域作用而有分离的能级和较强的相互作用,这就使得量子点有着和自然界原子相似的电子结构。此外,由于纳米技术的不断进步,量子点结构已经可以通过电场约束的方法对量子点的结构参... 详细信息

量子点是一种准零维的介观结构,在其中的载流子受到量子限域作用而有分离的能级和较强的相互作用,这就使得量子点有着和自然界原子相似的电子结构。此外,由于纳米技术的不断进步,量子点结构已经可以通过电场约束的方法对量子点的结构参数进行精确的操控,为量子输运的理论研究提供了一个理想的模型,同时为实现量子计算等纳米电子学功能器件打下了坚实的基础,进一步促进了量子计算机的发展。因此,研究耦合量子点体系的输运性质已经成为一个热门的话题。本文采用非平衡格林函数方法和零带宽近似严格对角化方法对几种典型的耦合量子点体系的Josephson效应和Andreev反射性质进行了系统地理论研究。一方面,我们对耦合量子点体系的Josephson效应方面进行了研究。首先,我们系统地研究了点间库仑相互作用对耦合双量子点Josephson结中Josephson相位转换的作用。结果发现点间库仑相互作用修正了由点内库仑作用诱导出的Josephson相位转换行为,它的效果强烈地依赖于Josephosn结的结构对称性。相比较于平行和T型双量子点情况,点间库仑相互作用对串联双量子点的作用相当弱。其次,我们研究了在无穷库仑相互作用存在的情况下,T型双量子点Josephson结中超导电流性质。相比较于两个相同量子点的情形,当在某一个量子点中的点内库仑相互作用超强时,就会发生新的Josephson相位转换行为。此外,由于两个量子点的不同的位置,在它们中的超强库仑排斥分别诱导出了两个相位转换的结果。然后,我们通过考虑在超导体中的量子杂质,模拟了它们对Josephson结中相位转换的影响。结果发现在超导体中杂质对Josephson相位转换起到了重要的作用,它们可以促进或者阻碍0→π相位转换。即,对于单个量子杂质的情况,通过调节杂质-超导体耦合,0(π)有机会变为π(0)相。然而,当每一个超导体中嵌有一个杂质时,它们对相位转换的影响倾向于变弱。最后,我们研究了单个量子点耦合到拓扑超导体-超导体-拓扑超导体结中的Josephson效应。当超导体相位差施加到两个拓扑超导体之间时,点-超导体耦合可以有效地修正分数Josephson效应,包括超流振荡的方向和周期的改变。即使拓扑超导体之间的自旋极化是相反的,点-超导体耦合也能导致拓扑超导体之间的分数Josephson效应。接下来,当超导相位差存在在拓扑超导体和超导体之间时,就仅仅会发生普通Josephson效应。另一方面,我们还对耦合量子点体系的Andreev反射的性质做出了研究。首先,我们通过考虑两个典型的量子干涉因素,即Rashba相互作用和局域磁通量,研究了在侧向耦合超导体单量子点环中的Andreev反射。结果显示局域Rashba相互作用导致了明显地局域Andreev反射的自旋极化,它们的方向分别依赖于Rashba相互作用和导线的指标。然而,交叉Andreev反射并不能发生极化,它的大小可以通过局域磁通量来调节。其次,我们研究了量子点耦合一个拓扑超导体末端的两个MBS的介观环结构。计算结果显示当两个MBS同时耦合到量子点上时,体系就有机会发生反共振现象,反共振点和MBS之间的耦合有关。此外一旦点-MBS耦合强度彼此相同,Fano效应就会发生,表现为在隧穿函数谱中出现Fano线型。最后,我们构建了一个介观环型结构,这个结是由一个量子点耦合一个DⅢ类拓扑超导体和s-波超导体形成的,此外它还和一个金属导线相连。随后我们计算了在金属导线中的Andreev反射电流,发现两种超导体以一种相互促进的方式导致了 Andreev反射。当超导体相位被考虑进来时,Andreev反射以周期为π/2振荡。如果超导相位等于(n+1/2)π/2,Andreev反射在低压区域受到了严重地抑制。这样的结果几乎不依赖于点内库仑相互作用的增加。

关键词： Andreev反射 Josephson相位转换量子点非平衡格林函数方法

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新型碳基磁性纳米材料电学性质及其自旋电子器件设计

新型碳基磁性纳米材料电学性质及其自旋电子器件设计

引用

作者：邓元祥湖南大学

学位级别：博士

低维碳基磁性纳米材料新奇的自旋电子输运性质如自旋整流、自旋过滤等,既受其本身独特结构的影响,同时,其费米能级附近能带的和*子带奇偶宇称性的匹配起到了重要的作用。材料中碳原子杂化方式变化更是可以改变材料的物理性质,如碳原子s2... 详细信息

低维碳基磁性纳米材料新奇的自旋电子输运性质如自旋整流、自旋过滤等,既受其本身独特结构的影响,同时,其费米能级附近能带的和*子带奇偶宇称性的匹配起到了重要的作用。材料中碳原子杂化方式变化更是可以改变材料的物理性质,如碳原子s2和s3的混合杂化方式不仅能构成新的碳的同素异形体家族,更能获得如半金属、自旋零带隙半导体等新的电子特性。本论文是在密度泛函理论（DFT）的基本框架下,利用第一性原理的计算方法,探索低维碳基纳米材料的物理性质:一方面,从机理上提出了在石墨烯纳米带中构建高效的自旋整流和自旋过滤的设计方法;另一方面,预测了具有半金属、自旋零带隙半导体性质的纯碳基纳米材料,并进一步揭示了其结构稳定性、磁性特征和电子性质,最后,我们还对材料的电子输运性质和调控原理进行了深入的分析。研究了一种新型的超分子器件。该分子器件的构思是,基于锯齿型石墨烯纳米带和扶手椅型石墨烯纳米带费米能级附近和*子带奇偶宇称性的匹配,设计将这两种不同边界形态的纳米带进行组合,采用4-acenes分子进行桥接从而构建分子自旋整流器。电子输运特性的计算表明,该分子器件在低偏压下具有巨大的自旋整流比（达到4）和完美的自旋过滤特性（在0.3V到1.0V的正偏压下达到100%）。左右电极π和*子带奇偶宇称的匹配是产生自旋电子输运特性的根本原因,这与我们设计此器件的初衷是一致的。为了深入了解该分子器件的特性,我们进一步考虑了在4-acenes分子上五个不同位置进行氮原子对掺杂,研究结果显示,不同位置进行双氮掺杂后器件仍然能够具有优异的自旋过滤特性,但是器件自旋整流比的大小强烈依赖氮掺杂的位置。预测了一种新型的五六角形石墨烯纳米管,命名为PHGNTs。结果表明,与传统的石墨烯纳米管比较,纯碳基的PHGNTs不仅具有本征的磁性,而且其磁性的基态随着管径的变化而发生改变。当手性矢量为（n,0）时,所有PHGNTs的磁性基态均为FM态;当手性矢量为（n,n）时,（3,3）和（4,4）管的磁基态为AFM态,随着PHGNTs管径的增大,其它PHGNTs的磁性基态均为FM态。在AFM磁态下,所有的PHGNTs呈现出不依赖于手性的半导体性质。在FM磁态下,PHGNTs具有更加丰富的电子特征:其中,（4,0）管呈现出金属特性;（5,0）呈现出自旋零带隙半导体的特性;其他所有的结构PHGNTs,如（3,3）、（4,4）、（5,5）、（6,0）和（7,0）等,均呈现出半导体性质。为了进一步研究这一系列PHGNTs的电子性能,我们对这些纳米管施加了外电场进行调控。第一性原理计算表明,在外场调控下的PHGNTs能实现材料性质的转变,具体的表现为:其中具有（n,0）手性矢量的（6,0）、（7,0）和（8,0）管在外加电场的调控下可以实现从半导体到半金属再到金属的转变。而具有（n,n）手性矢量的PHGNTs性质转变分为两种情况:其中,（3,3）、（4,4）和（6,6）管在外加电场的作用下可以实现半导体到半金属再到金属的转变;而（5,5）和（7,7）管在外加电场的调控下可以实现从半导体到自旋零带隙半导体再到金属的转变。预测了一种新型的五六角形石墨烯纳米带,命名为P-HGRNs。研究结果表明P-HGRNs具有非常丰富而独特的电子性质和磁性特征。在磁性方面,所有的P-HGRNs具有本征的磁性,而在磁性的基态方面与五六角形石墨烯不同,除了Z-2磁性基态是AFM以外,其他P-HGRNs的磁性基态都呈现出FM态,即P-HGRNs实现了磁性基态的翻转。进一步的研究表明导致磁性基态变化的原因是两个相邻的准s3杂化磁性碳原子的键长变短,电子云相互交叠,磁矩间的相互作用增强而导致的;在电子性质方面,AFM磁态下扶手椅型P-HGRNs呈现出半导体性质,锯齿型P-HGRNs呈现出金属性质（Z-2呈现出半导体性质）。FM磁态下,理想的扶手椅型P-HGRNs呈现出半导体性质,锯齿型P-HGRNs呈现出半金属特性。更加有意思的是,通过对P-HGRNs边缘的碳原子进行简单的修饰,材料呈现出自旋零带隙半导体及半金属特性。最后,我们对A-5-Ⅰ和Z-4-Ⅰ两种P-HGRNs的投影能带及布洛赫态进行了进一步计算,其中A-5-Ⅰ的能带全部来源于边缘磁性碳原子轨道的贡献,从而导致了前线轨道自旋零带隙半导体的性质;Z-4-Ⅰ的能带来源于所有边缘和中间的准s3杂化的磁性碳原子轨道的贡献,从而共同导致了前线轨道的半金属性质。研究了将锯齿型P-HGRNs中的Z-3-Ⅰ纳米带嵌入金电极构造成双探针型的自旋电子器件并研究了电子输运的物理机制。为了揭示Z-3-Ⅰ纳米带中不同位置的磁性碳原子对输运性质的贡献,我们不仅考虑了对不同位置的磁性碳原子进行氢化,而且还考虑了氢覆盖率的影响。获得了非常有意义的研究结果:（1）未被氢化的M0器件在低偏压（-0.3V,0

关键词：碳纳米材料磁性纳米材料自旋电子器件自旋整流自旋过滤非平衡格林函数方法自旋零带隙半导体半金属性质

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基于高自旋极化Heusler合金的自旋输运特性研究

基于高自旋极化Heusler合金的自旋输运特性研究

引用

作者：韩江朝华中科技大学

学位级别：博士

硅基电路板上容纳的晶体管数量每隔18个月增加一倍,微处理器性能也将提升一倍,这便是大家熟知的摩尔定律。然而随着晶体管电路接近性能极限,高温和漏电始终是难以避免的问题,半导体发展路线图开始放缓。为了不让摩尔定律失效,科学家引... 详细信息

硅基电路板上容纳的晶体管数量每隔18个月增加一倍,微处理器性能也将提升一倍,这便是大家熟知的摩尔定律。然而随着晶体管电路接近性能极限,高温和漏电始终是难以避免的问题,半导体发展路线图开始放缓。为了不让摩尔定律失效,科学家引入电子自旋去发展了一门新的学科,自旋电子学。传统的半导体器件包括晶体二极管、双极型晶体管、场效应晶体管等。这些器件与自旋电子学器件相比,集成化较低、能耗偏高、运算速度过慢,很难继续推动新的信息化产业革命。自旋电子学器件对组成材料的要求很高,这些材料通常具有较高的自旋电子极化率、与半导体较好的兼容性以及较长的驰豫时间。一些新的高自旋极化材料,比如自旋无能隙半导体和全补偿亚铁磁半金属等,已经成为近几年研究的热点。本文针对近几年实验上合成的三类典型的自旋电子学材料:铁磁性的自旋无能隙半导体CoFeMnSi,全补偿亚铁磁半金属Mn3Al和全补偿亚铁磁自旋无能隙半导体Ti2MnAl,利用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法,对它们的电子结构、磁性和自旋输运性质进行了研究,得到以下主要结果:自旋无能隙半导体CoFeMnSi具有铁磁性,磁矩主要由Co、Fe、Mn三个原子贡献,特别是Mn原子3d轨道的较大劈裂导致了其相对较大的磁矩;CoFeMnSi与半导体GaAs做电极的异质结GaAs/CoFeMnSi（001）表现出了自旋过滤特性以及自旋二极管效应;CoFeMnSi做电极的隧道结CoFeMnSi/GaAs/CoFeMnSi（001）拥有较大的隧穿磁电阻。这些优良特性预示着自旋无能隙半导体CoFeMnSi应用在器件开发的可行性。全补偿亚铁磁半金属Mn3Al总磁矩为零,费米面附近的态密度主要由Mn原子的3d轨道贡献;异质结Mn3Al/GaAs（001）的整流率达到了1.1×10～6,表现出了很好的二极管特性;隧道结Mn3Al/GaAs/Mn3Al（001）由于其特殊的输运谱,不仅在反平行磁化情形下表现出了双自旋过滤特性,在平行磁化情形下表现出了单向导电性和自旋过滤特性;半金属特殊的能带结构使Mn3Al的输运机理与传统的铁磁金属有很大的不同,从而使隧道结器件产生了很大的隧穿磁电阻,表明全补偿亚铁磁半金属Mn3Al是很有前景的自旋电子学材料。对于全补偿亚铁磁自旋无能隙半导体Ti2MnAl,自旋向上方向的能带表现出与石墨烯类似的零能隙特点,禁带宽度为零,而自旋向下方向的能带则具有半导体特性;Ti2MnAl做电极的隧道结Ti2MnAl/InAs/Ti2MnAl（001）在不同磁化情形下的总电流变化趋势产生了较大的磁电阻;由于其特殊的输运谱以及不同温差下费米狄拉克分布的不同,该隧道结表现出良好的自旋塞贝克效应,以及温差导致的高自旋极化率。这些现象使Ti2MnAl在自旋电子学和卡诺电子学当中有重要的应用价值。

关键词：自旋电子学自旋卡诺电子学自旋无能隙半导体全补偿亚铁磁半金属隧道结自旋过滤隧道磁电阻自旋塞贝克效应密度泛函理论非平衡格林函数方法

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纳米结形成机制及其导电性能理论研究

纳米结形成机制及其导电性能理论研究

引用

作者：刘然山东师范大学

学位级别：博士

随着功能半导体电子元器件小型化的不断发展,人们希望可以直接在纳米尺度上甚至单分子层次上搭建性能稳定且可操控的微型功能电子器件,即所谓的纳米器件和分子器件。纳米与分子功能器件的设计与性质研究是国际上的研究热点,近二十年来,... 详细信息

随着功能半导体电子元器件小型化的不断发展,人们希望可以直接在纳米尺度上甚至单分子层次上搭建性能稳定且可操控的微型功能电子器件,即所谓的纳米器件和分子器件。纳米与分子功能器件的设计与性质研究是国际上的研究热点,近二十年来,人们在这一领域开展了大量的理论与实验研究工作。由于器件的尺寸只有纳米量级,极易受到外界的影响,其中,电极-纳米功能结构（或分子）连接界面的不可控性是影响器件功能与应用的重要因素。为了理解电极-纳米功能结构（或分子）间的相互作用以及界面结构控制规律,为实验制备性能稳定、可操控的功能器件提供理论支持,论文基于第一性原理计算,根据相关实验结果,研究了金纳米结界面原子的控制与转移机理、计算并模拟了纳米结中电极与分子作用形式及体系的演化过程,讨论了影响电极—分子界面接触的可能因素,不仅系统理解了相关实验测量结果,而且指导实验成功构建了功能纳米结构。研究主要包括以下五部分内容:（1）基于金纳米结的原子控制与原子“存储器”构建了金纳米结体系,并在密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）基础上结合非平衡格林函数（Non-Equilibrium Green’s Function,NEGF）方法计算了两电极连接处单个原子在金纳米结中的迁移过程以及由该过程引起的体系电导变化。通过分析电极接触点处表面原子迁移过程的最小能量路径,得到了电导约为1 G0和2 G0且能量大小相同的两个稳态结构和一个介于两稳态构型之间且能量较高的电导约为1 G0的亚稳态结构。计算显示,两电极连接处外侧的原子带有0.8 e电荷量,当电极偏压大于50 mV时,该原子在电场诱导下借助振动,越过亚稳态以及能量势垒,实现两个稳态构型间的转换。如果电极偏压小于该偏压阈值,该原子没有足够能量越过亚稳态以及能量势垒,体系的电导状态将保持在原稳态上。因此通过较高偏压进行原子转移可以完成“写”操作,而利用低偏压测量体系电导则可作为“读”操作,从而,在单原子尺度上利用金纳米结实现了纳米存储器功能。实验测量发现,金纳米结1 G0–2 G0间电导转换的偏压阈值为48 mV,与理论计算完全相符。由于振动在原子迁移过程中起到辅助作用,这导致了纳米存储器需要在适当的温度和压强下才能正常工作。（2）基于电场辅助原子迁移技术的纳米间隙制作机理在第一性原理计算基础上,建立了电场辅助原子迁移（Field-Aided Atom Migration,FAAM）方法,在金纳米电极之间精确构建了界面稳定的原子尺度间隙。为了理解这一技术手段的操作机理,计算了拉伸和压缩过程中金纳米结的构型演变。计算结果表明,在反复拉伸/压缩过程中,桥接在两个电极之间的部分金原子容易形成单原子链。而且在单原子链两端容易产生晶格空位,这使得通过FAAM方法产生电极间隙成为可能。在场辅助原子迁移中,外场施加定向驱动力,增加体系的初始能量,降低原子迁移路径中的势垒,从而推动原子完成迁移。电导和拉伸、压缩作用力作为拉伸和压缩过程中的可观测物理量,为场辅助原子迁移的执行时间点提供了非常有用的信号。这一方案解决了电极固定状态下如何构建尺寸确定的纳米间隙的难题,在基于分子器件的电路集成中具有潜在的应用价值。按照这一方案,向东教授课题组通过实验,在电极固定的情况下成功地制造了尺寸稳定在0.38±0.05 nm的金纳米间隙,与理论预测结果完全一致。（3）电极尖端构型对苯胺类分子结电输运性质的影响在密度泛函理论基础上计算了苯胺类分子在电极拉伸过程中的演化,结果显示,苯胺类分子的氨基（-NH2）末端与金电极间的连接方式受电极界面的几何构型影响明显。当分子末端的氨基与锥形堆积的金原子相连接时,在电极顶端Au原子的作用下,末端氨基中N原子的电子结构由sp2杂化部分转化为sp3杂化,由此导致了电极顶端金原子与分子末端氨基之间较强的配位相互作用。而当分子与平面电极相连时,分子末端的氨基仍然保持sp2杂化的平面结构,分子与电极间只能通过弱的范德瓦尔斯力相连接。此时,分子末端的氨基与电极间存在着较大的间隙,并形成明显的隧穿势垒,阻碍了电子从电极到分子再到电极的输运,降低了电子通过分子结的概率。根据一维透射结合三维修正近似（One-Dimension Transmission Combined with Three-Dimension Correction Approximation,OTCTCA）方法计算,锥形电极—苯胺分子—锥形电极类型分子结的电导约为平面电极—苯胺分子—平面电极类型分子结电导的1.5倍。因此,通过改变电极构型可以优化电极与苯胺类分子之间的连接方式,从而增强体系的导电性能,提高分子结的稳定性。（4）不同分子末端与电极界面相互作用的差异利用DFT结合OTCTCA方法,研究了以氨基为末端的1,4-二氨基丁烷分子和

关键词：金纳米结形成机制非平衡格林函数方法密度泛函理论分子存储器分子器件

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纳米隧道结热与电输运性质的理论研究

纳米隧道结热与电输运性质的理论研究

引用

作者：张祖泉华中科技大学

学位级别：博士

研究热输运能够帮助人们更好的理解、操控热,从而更加高效的利用能源。随着能源问题的日益加剧,其重要性越来越突出。低维纳米材料和纳米结构中的热输运近些年来成为研究人员的关注焦点之一。一方面,低维纳米结构在热输运方面有很多不... 详细信息

研究热输运能够帮助人们更好的理解、操控热,从而更加高效的利用能源。随着能源问题的日益加剧,其重要性越来越突出。低维纳米材料和纳米结构中的热输运近些年来成为研究人员的关注焦点之一。一方面,低维纳米结构在热输运方面有很多不同于三维块体材料的地方。在一维和二维体系中,热输运不再服从傅里叶定律,热导率和体系的大小有关。同时,低维纳米结构的热输运更加容易受到界面的影响,界面热阻随着体系的维度降低和尺寸的减小,对热输运的影响越来越重要。在金属-绝缘体界面,电子-声子相互作用对热输运性质起到重要的作用。从应用的角度看,现代化的电子器件向着小型化的方向快速发展,器件的大小达到纳米量级,这样会导致两个方面的问题:（1）随着电子器件的尺寸越来越小,器件内部的界面热阻（比如硅和金的界面之间的热阻）会阻碍热量的有效输运,成为微型芯片等集成器件小型化的重要制约因素。（2）当器件的间隔距离近至1纳米左右时,非接触的辐射传热迅速增强,可能影响器件的正常工作。本文针对这些方面做了如下研究工作。（1）研究上关注纳米结构的界面热输运时,更多的是考虑金属-绝缘体界面。其热输运的性质由界面处的电子-声子耦合作用决定。这里,我们结合近期自旋塞贝克效应的相关实验,考虑一维铁磁-绝缘体界面处由自旋-声子耦合作用导致的热输运,这对于更进一步理解自旋塞贝克效应至关重要,相关方面的研究目前非常少。（2）对于纳米结构中极近距离下的热输运,目前的研究大多采用经典涨落电动力学理论,不能同时考虑电子隧穿传热和近场辐射传热的影响。我们的量子多体输运理论,能够同时考虑这两方面的影响。（3）我们提出在ABC型三层石墨烯（r-TLG）上吸附杂质时,能够出现Fano效应。我们希望进一步的工作能够利用这里出现的量子相干效应,实现基于r-TLG上的高热电效率的输运性质。本文的研究方法是基于多体非平衡格林函数方法结合费曼图形法则,这能够方便的处理有各种相互作用的热输运。本文的工作具体如下。首先,我们讨论了自旋-声子相互作用对纳米结构热输运性质的影响。我们考虑了处在外磁场下的一维海森堡自旋链模型,对自旋-声子相互作用采用自洽玻恩近似处理。我们发现自旋-声子相互作用能够影响自旋在高温的输运性质。在低温范围内,外磁场能够抑制磁子的激发,降低磁子的热导。我们发现热输运在铁磁-绝缘体界面会出现热整流和负的微分热导效应,这是由于界面两边磁子和声子的谱函数不对称导致的。外磁场可以很方便的调节这种效应。这有利于设计外磁场调控的热二极管纳米器件。另外,最近的研究表明,自旋-声子相互作用在自旋塞贝克效应中起到非常重要的作用。特别的,实验上实现了自旋注入的新方式,在铁磁-绝缘体界面可以通过自旋-声子相互作用驱动自旋流的产生。我们的研究能够帮助理解其相关机理。其次,我们研究了极近距离下被真空隔开的两块金属板间的近场辐射,它们之间通过电子-电子相互作用传输能量。最近的实验能够测量金属板间隔在2纳米范围内的热输运,这时不仅有电磁辐射传热,而且有电子隧穿传热。传统的涨落电动力学理论不能处理这样的情形,我们的理论能够解决这一问题。我们考虑了库仑涨落和电子隧穿两个过程对热输运的影响。我们对金属板的描述采用立方晶格的紧束缚模型,对电子-电子相互作用采用G0W0近似处理。不考虑电子隧穿时,我们的结果符合传统的涨落电动力学理论给出的结果。考虑电子隧穿时,我们分析了库仑涨落和电子隧穿这两个过程对热输运的贡献随距离的竞争过程。最后,我们对三层石墨烯上磁性杂质吸附的局域磁矩的形成进行了系统的研究。单层石墨烯上磁性杂质的吸附已经有广泛的研究,这对于设计基于石墨烯的自旋纳米器件有应用价值。三层石墨烯由于其叠加序的不同,能带结构与单层石墨烯有较大的差异,吸附的磁性杂质的性质有其相应的特点和应用价值。我们对三层石墨烯采用紧束缚模型,对杂质用Anderson杂质模型描述,对电子-自旋相互作用采用自洽平均场近似。我们考虑两种不同叠加序的三层石墨烯,即ABC堆垛的三层石墨烯（简记为r-TLG）和ABA堆垛的三层石墨烯（简记为b-TLG）,以及磁性杂质吸附不同位置时的情况。我们发现对r-TLG的吸附,杂质会出现Fano共振的态密度。这是由于r-TLG本身在费米面附近较平的特殊能带结构决定的。而对b-TLG的吸附,杂质的态密度类似于简单的洛伦兹展宽,这和单层石墨烯的情况类似。另外,我们讨论了电场调控下磁性杂质吸附的局域磁矩的形成。我们发现外电场能使r-TLG上的吸附杂质落入相应的带隙态,这有利于其局域磁矩的形成。而b-TLG在外电场的作用下会出现费米面附近的能带交叠,不利于吸附杂质局域磁矩的形成。外电场对吸附的磁性杂质的局域磁矩的形成起到开关的调控作用,有利于设计基于三层石墨烯上的磁性杂质的自旋开关。由于最近实验上观察到了氢原子在单层石墨烯上吸附的自旋分辨的态密度

关键词：非平衡格林函数方法量子输运近场辐射热导低维体系

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镍原子结和黑磷的电子输运及光电输运特性研究

镍原子结和黑磷的电子输运及光电输运特性研究

引用

作者：李帅帅上海师范大学

学位级别：硕士

新颖纳米电子器件是目前研究的一个重要方向。一些低维材料如一维金属镍原子结以及黑磷等二维半导体材料表现出了优异的电学、力学及光学性能,显示了在光电探测、高密度存储及传感器等领域的巨大应用潜力。本论文采用第一性原理方法结... 详细信息

新颖纳米电子器件是目前研究的一个重要方向。一些低维材料如一维金属镍原子结以及黑磷等二维半导体材料表现出了优异的电学、力学及光学性能,显示了在光电探测、高密度存储及传感器等领域的巨大应用潜力。本论文采用第一性原理方法结合非平衡态格林函数理论研究了镍原子结及黑磷的光电输运特性。本论文首先研究了镍原子结在吸附氢原子或氢分子后出现小电导的机理。镍原子结在吸附氢分子后可形成Ni-H2-Ni结构,其电导约为0.7G0,主要是由氢气分子的反键态和相邻镍原子的3d轨道发生强耦合而导致的;当吸附两个个氢原子形成Ni-2H-Ni结构时,电导约为1G0,并且是弱自旋极化的,当原子结中的原子间距较小的时候自旋向下的电导起主导作用。其次,我们研究了门电压调控的黑磷（单层黑磷）光电探测器的光生电流效应。结果表明,门电压或由黑磷/蓝磷组成的异质结都可破坏黑磷的反演对称性,在偏振光照射下无需施加源-漏电压即可产生显著的光生电流效应;施加门电压后,黑磷/蓝磷异质结的光电流明显增大,比黑磷的光电流大3个数量级,还可得到高达数百的消光比;此外电子和空穴在黑磷/蓝磷异质结结构中是空间分离的,极大地降低了电子-空穴的复合率,从而有利于异质结产生持续的光电流。最后研究了磁性镍-氧原子结在低偏压下以及低温差下自旋极化的电输运性质。研究表明,在0～100 mV偏压范围内可得到稳定的隧穿磁阻率和较高的电流自旋注入率,其中隧穿磁阻率大于60%,自旋平行结构的电流自旋注入率大于65%;在20～200K的温差范围内,自旋反平行结构的自旋注入率高于45%,并且自旋向上与自旋向下的电流流向相反。

关键词：原子结隧穿磁阻自旋注入率黑磷光生电流效应非平衡格林函数方法自旋电子学

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锗烯与黑磷烯的热电输运性质研究

锗烯与黑磷烯的热电输运性质研究

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作者：杨剑波湘潭大学

学位级别：硕士

过去20年,我国能源消费总量持续增长,但能源利用率仅为30%左右。热电转换技术可以将废热直接转换成电能,不但可以提高能源利用率,还可以缓解环境污染。衡量热电转换效率的技术指标是热电系数值。传统块体结构的热电系数值偏低,而低维纳... 详细信息

过去20年,我国能源消费总量持续增长,但能源利用率仅为30%左右。热电转换技术可以将废热直接转换成电能,不但可以提高能源利用率,还可以缓解环境污染。衡量热电转换效率的技术指标是热电系数值。传统块体结构的热电系数值偏低,而低维纳米结构因量子尺寸效应而具有较高的热电系数值,因而极可能被集成到下一代微纳电子和能量转换设备中。一方面,随微纳电子设备的高度集成化,对应的热功率密度越来越大,导致设备的可靠性和性能降低;另一方面,当今世界面临的能源短缺、环境污染等问题日益严重,但大部分能量都以“废热”的方式浪费到大气中。因此,在工程热物理与能源利用领域,研究低维纳米结构的热电输运性质在理论和应用两个方面具有重要的指导意义,并引发了人们广泛的关注。这方面的研究不仅能指导我们解决目前困扰微纳器件发展的散热问题,还为能源的高效利用、设计和构造可实现热输运调控的声子器件提供了理论指导。本文基于第一性原理计算,运用非平衡格林函数(NEGF)方法,预测了两种低维纳米系统(纳米带、纳米片)的热电输运和热学性质。本文的主要内容如下:1.基于紧束缚近似模型和NEGF方法,研究了含边缘缺陷结构锗烯纳米带(GeNRs)中的热电输运性质及其电场调控。对完美GeNRs,随纳米带带宽增加,最大的热电系数值(ZT)单调减小而声子热导率线性增加;对包含缺陷结构GeNRs,最大的ZT随纵向缺陷数目增加而单调增加,热导率随纵向缺陷数目增加单调减小。与ZGeNRs相比,AGeNRs的塞贝克系数更高、声子热导率更低,因而具有更好的热电性能。此外,在外加电场作用下,完美GeNRs的热电性能提高,而含缺陷结构GeNRs的热电性能降低。基于理论研究,GeNRs的热电性能可通过调控缺陷数目、几何尺寸及外加电场得到极大提高,从而为GeNRs在热电领域的应用提供理论指导。2.结合第一性原理计算与NEGF方法,研究了黑磷烯纳米片中的弹道热输运性质以及应变对其热学性质的调控。对于完美的黑磷烯纳米片,研究发现其声子热导率的各向异性达到1.75。在温度高于德拜温度的条件下,完美黑磷烯纳米片的声子热导率与T1成正比;对施加单轴应变的黑磷烯纳米片,其声子谱中存在一定的虚频且声子带隙随应变大小不同而不同,这说明声子热输运可以通过应变进行调控。基于应变条件下的声子谱,计算了其对应的自由能、熵、比热容,结果表明单轴应变可以调控磷烯纳米片的自由能、熵、比热容等热学性质,这能够指导设计与制备磷烯基微纳声子器件。

关键词：锗烯黑磷烯热输运性质热电输运性质非平衡格林函数方法

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石墨炔纳米管热电输运性质的研究

石墨炔纳米管热电输运性质的研究

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作者：李娜湘潭大学

学位级别：硕士

近年来,能源短缺与环境污染问题日益严峻,为解决这两大问题,热电转换技术得到了人们广泛的关注。热电材料能够实现电能与热能之间的直接转换,是一种新型的能源材料,其转换效率可以用一个无量纲的品质因子ZT来评估。自从2004年石墨烯成... 详细信息

近年来,能源短缺与环境污染问题日益严峻,为解决这两大问题,热电转换技术得到了人们广泛的关注。热电材料能够实现电能与热能之间的直接转换,是一种新型的能源材料,其转换效率可以用一个无量纲的品质因子ZT来评估。自从2004年石墨烯成功地从实验上制备出来之后,碳纳米材料成为了科研工作者们关注的热点。研究表明,石墨烯具有良好的电学、机械力学性能,可以在实际生活中的诸多领域得到广泛应用。但是石墨烯并不是优异的热电转换材料,这主要是由于其本身具有较高的热导(在室温下,单层石墨烯的热导大小可达5.30×103W/mK。为了弥补该性质的不足,科学家们探索了多种途径来提高石墨烯及其衍生结构的热电性能,发现通过构建不同结构、掺杂、施加应变等方式可以显著降低其热导,进而提高热电转换效率。同时科学家们将研究目标转向了碳的其他同素异形体。石墨炔——一种新型的碳同素异形体,本文基于密度泛函紧束缚模型(DFTB)结合非平衡格林函数(NEGF)研究了不同类型石墨炔纳米管的热电输运性能,以及应变调控对石墨炔纳米管热电输运性能的影响。这些研究能为基于石墨炔热电器件的设计及制备奠定理论基础。本文的主要研究内容如下:1、我们研究了管径大小相近的四种不同种类石墨炔纳米管(α-GNTs,β-GNTs,6,6,12-GNTs以及y-GNTs)的热电性能,结果表明热导的大小主要取决于石墨炔纳米管结构中炔键数量的多少,其中α-GNTs的热导最低,γ-GNTs热导最大,且扶手型、锯齿形6,6,12-GNTs和γ-GNTs的热电品质因子较大。基于6,6,12-GNTS,我们研究了管径尺寸对热电品质因子ZT的影响。研究结果表明:锯齿型6,6,12-GNTs的ZT随着管径的增大呈现振荡衰减的变化关系。扶手型的6,6,12-GNTs,ZT随着管径N(N代表的是石墨炔纳米管圆周上原胞的数量,即管径的大小)的增大逐渐减小。2、以ZGNTs为例,我们研究了径向应变对y-GNTs热电性能的影响。通过研究发现,ZT值随着应变的增加先增大后减小。我们还研究了不同尺寸、不同手性石墨炔纳米管在施加应变时热电性能的变化。结果表明,施加适当的应变的确可显著提高石墨炔纳米管的热电转换效率。

关键词：石墨炔热电输运性质密度泛函紧束缚(DFTB) 非平衡格林函数方法

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单分子整流及自旋过滤器件的理论设计和机理研究

单分子整流及自旋过滤器件的理论设计和机理研究

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作者：苏文霞山东师范大学

学位级别：硕士

近几十年来,随着电子器件小型化的发展,传统的经典理论已经不再适用,需要采用量子理论来研究器件的电学性质。此时,特征尺度为纳米量级的分子器件受到了人们的广泛关注,并且具有多种多样功能的分子器件已经在理论和实验上被设计和制备出... 详细信息

近几十年来,随着电子器件小型化的发展,传统的经典理论已经不再适用,需要采用量子理论来研究器件的电学性质。此时,特征尺度为纳米量级的分子器件受到了人们的广泛关注,并且具有多种多样功能的分子器件已经在理论和实验上被设计和制备出来,比如分子整流器、分子开关、分子自旋过滤器、分子存储器等等。其中,分子整流器和分子自旋过滤器是纳米级电路系统重要的基本单元,这些年受到了广泛的关注。而作为分子器件重要构成部分的中间分子,由于其自身的性质,在很大程度上影响分子器件的整流或自旋过滤性质。近年来,具有不同共轭特性的类芳基炔分子和芳香链分子已经在实验上合成,其在分子器件设计中的应用已经被实验或理论系统地研究。但是仍然存在一些问题,比如怎样提高分子器件的整流和自旋过滤性能以及如何去解释其工作机理等等。本论文利用密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）和非平衡格林函数（Non-Equilibrium Green’s Function,NEGF）方法分别研究了donor-bridge-accepter（以下简称D-B-A）芳基炔硫醇盐分子键桥共轭性对分子器件整流特性的影响和芳香链分子共轭性强弱对分子器件自旋过滤性质的影响。具体的研究内容和结果如下:1、D-B-A型芳基炔硫醇盐分子键桥共轭性对分子器件整流性质影响的理论研究分子本身的不对称可以影响前线分子轨道的空间分布及其与电极能带的匹配,从而影响分子整流器件的整流性能。因此,如何设计不对称的分子来提高分子整流器件的整流性能是一个重要的研究课题。在类芳基炔分子中,我们采用不对称的末端基团（硫醇基-氰基）引入分子的不对称,并设计了具有不同共轭性的中间分子键桥,得到了三种键桥共轭性不同的D-B-A型芳基炔硫醇盐分子,分别为cross-conjugated 9,10-anthraquinone分子（简称AQ）、linearly-conjugated anthracene分子（简称AC）和broken-conjugated9,10-dihydroanthracene分子（简称AH）。探究了中间键桥共轭性对D-B-A型芳基炔硫醇盐分子整流性能的影响。计算结果表明:分子结的整流方向以及大小受D-B-A型芳基炔硫醇盐分子中间键桥共轭特性影响非常明显。当分子中间键桥由交叉共轭变为线性共轭时,分子结的整流性能增强且整流方向发生反转,当分子中间键桥由线性共轭变成无共轭性时,分子结的整流性能显著增强,反向整流比由线性共轭时的3.7迅速增大到58.2。通过进一步分析发现,分子中间键桥共轭性的破坏导致分子前线轨道波函数的空间分布局域化增强,从而导致其在正负偏压下的演化具有明显的不对称,进而使得AH分子结整流性能得以显著增强。2、芳香链分子的共轭性强弱对分子器件自旋过滤性质的影响芳香性分子相邻芳香环之间的夹角大小对分子电荷输运性能具有明显的影响,其中电导与夹角满足G∝cosθ的关系,那么若考虑电子自旋属性,夹角大小又是如何影响分子的自旋过滤性质的呢?为了解答这个问题,我们考虑到用芳香链分子和石墨烯纳米带来设计分子器件。在芳香链分子中,相邻苯环的夹角大小直接影响了分子的共轭性强度。而有限宽度的锯齿形纳米带具有磁性,并被广泛用于自旋分子功能器件的设计中。因此,在本论文中,我们以宽度为8个碳原子的锯齿形石墨烯纳米带作为电极,以芳香链分子作为中间分子来设计分子器件,研究了芳香链分子的共轭性强弱对分子器件自旋过滤性质的影响。计算结果表明:芳香链分子的共轭性强弱可以极大的影响分子结的自旋过滤效应。由共轭性弱的芳香链分子构建的分子结在电极自旋反平行极化情况下对自旋向上的电子具有明显的过滤效应,而由共轭性强的芳香链分子构建的分子结在电极自旋平行情况下对自旋向下的电子具有明显的过滤效应。通过进一步的分析发现,分子两端苯环间扭转角的变化改变了分子的共轭性强度,从而改变了偏压下分子结自旋向上和自旋向下的电子态的空间分布,最终导致分子结产生截然不同的自旋过滤效应。本论文共分为以下五章内容:第一章为前言部分,简单介绍了分子电子学和分子自旋电子学的产生背景、发展、研究现状以及分子整流器件研究进展。第二章简单介绍了用于计算多电子体系电子结构和分子器件输运性质的理论方法（DFT和NEGF）,同时对计算体系电子结构自洽过程进行了简要说明。第三章和第四章着重讲述了基于以上理论方法开展的工作。其中,第三章从理论上研究了D-B-A型芳基炔硫醇盐分子键桥共轭性对分子器件整流性质的影响,发现分子中间键桥共轭性的破坏可以导致分子器件整流性质显著增强并且整流方向发生反转。第四章从理论上研究了芳香链分子的共轭性强弱对分子器件自旋过滤性质的影响,发现共轭性强弱不同的芳香链分子结在电极自旋平行/反平行极化时出现了完全不同的自旋过滤效应。第五章是对本论文以

关键词：分子整流器芳基炔硫醇盐分子自旋过滤非平衡格林函数方法

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